第四章 結果與討論
第七節 各項水質分析
一、COD 去除率比較
表 4-29 所示為二相式反應槽試驗的進出流水 COD 濃度變化與 COD 去 除率，當中可發現 COD 去除率會隨著水力停留時間的增長而增加，圖 4-18 表示的為二相式連續流反應槽前段醱酵產氫反應槽的 COD 去除率變化，可 看出當有機負荷由 40 g-COD/L．day 減少至 30 g-COD/L．day，COD 去除率 會由 1.3％提高到 2.3％，若將有機負荷更減少至 20 g-COD/L．day，則 COD 去除率會增加至 4.4％。顯示有機負荷減少程度會影響 COD 去除率，也解 釋了在產氣量變化為何前段水力停留時間長，因部分可被利用之有機物質 已被去除，因而會導致後段甲烷化產氣效果較差的證據。
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
0 10 20 30 40 50
有機負荷（g-COD/ L．day）
COD去除率（%）
圖 4-18 前段醱酵產氫反應槽不同有機負荷下之 COD 去除率變化圖
表 4-29 二相式連續流反應槽各試程之 COD 濃度變化與 COD 去除率變化
前段試程有機負荷
（g-COD/L．day）
實際進流 COD 濃 度（mg/L）
出流 COD 濃 度（mg/L）
COD 去除率
（％）
後段試程有機負荷
（g-COD/ L．day）
實際進流 COD 濃度（mg/L）
出流 COD 濃 度（mg/L）
COD 去除 率（％）
1.25 19070 9480 50.3 1.66 18937 12270 35.2 20 20730 19817 4.4
2.50 18831 14763 21.6
1.25 19302 10558 45.3 1.66 19268 12680 34.2 30 19730 19268 2.3
2.50 19204 15267 20.5
1.25 19639 10680 45.6 1.66 19530 12890 34.0 40 20074 19805 1.3
2.50 19639 15809 19.5
以前段醱酵產氫槽，串聯後段甲烷化反應槽，而後段甲烷槽之 COD 去 除率結果作圖，可得圖 4-19，可發現以前段反應槽有機負荷為 20 g-COD/L．
day（水力停留時間為 24hrs），串聯後段甲烷化反應槽會有最高的 COD 去 除率，可達 21.6～50.3％；其次為前段反應槽有機負荷為 30 g-COD/L．day
（水力停留時間為 16hrs），串聯後段甲烷化反應槽之試程，其 COD 去除率 可達 20.5～45.3％；最低的為前段反應槽有機負荷為 40 g-COD/L．day，
串聯後段甲烷化反應槽之，試程 COD 去除率約為 19.5～45.6％；可發現前 段反應槽有機負荷為 40 g-COD/L．day 與 30 g-COD/L．day，串聯後段甲烷 化反應槽之 COD 去除率相似，且都低於前段反應槽有機負荷為 20 g-COD /L．day，，且在後段有機負荷大於 30 g-COD/L．day 時，兩者差距加大；
串聯後段甲烷化反應槽之試程，又由前段反應槽之 COD 去除率比較可發，
隨著有機負荷上升之 COD 去除率有下降的趨勢。
在不同操作條件下，後段甲烷化反應槽 COD 去除率受前段有機負荷及 後段有機負荷之關係式，以 SPSS 10.0 軟體之逐步回歸法求出，說明如下:
COD 去除率（％）=
0.120（V1）－0.971（V2）………(4-2)式 p=0.135，r2=0.943
其中 V1為前段有機負荷量 V2為後段有機負荷量
（4-2）式；1.前段有機負荷量為主要影響。
2.後段有機負荷量影響次之。
3.後段有機負荷量為負係數，代表與 COD 去除率成負相關。
由逐步迴歸分析結果可知，COD 去除率受前、後段反應槽有機負荷之 影響；而以後段有機負荷之影響大於前段反應槽有機負荷之影響；其中後 段反應槽有機負荷影響為負值之意義為當後段反應槽有機負荷減少時，
COD 去除率會隨之增加；前段反應槽之有機負荷增加時，後段反應槽之 COD 去除率也會增加。
0
後段甲烷化反應槽有機負荷（g-COD/ L．day）
COD去除率（%）
由於前段出流水的 pH 值約介於 5.5～5.9 之間，甲烷化反應的最佳 pH 值則需要接近中性的範圍，因此本實驗會另外補充鹼度調整其 pH 值約 7.0
～7.2 作為後段甲烷化槽的進流水基質，從實驗結果發現，隨著後段甲烷 化反應槽的水力停留時間增長，會有較大的鹼度產生，當前段反應槽水力 停留時間不變，後段甲烷化反應槽的水力停留時間 8 天時的鹼度增加量約 為 153～175 mg/L，水力停留時間增長至 12 天時，鹼度增加量約為 197～
204 mg/L，若將水力停留時間更增長至 16 天，鹼度增加量可達 228～248 mg/L，而本組試驗各組別間的結果均為類似。這是由於進流水中所要加入 的鹼度隨有機負荷增加而增加，而出流水中的鹼度，由於有揮發酸的產 生，會消耗鹼度，致使碳酸鹽鹼度降低；另外，隨著水力停留時間的增加，
出流水中鹼度也會較高；如果反應槽的操作情況良好，由於甲烷菌活性高 可將揮發酸轉化為甲烷，使得反應槽在低有機負荷時，因耗酸性甲烷菌將 揮發酸轉化為甲烷，而使反應槽揮發酸濃度降低，被揮發酸中和的鹼度減 少，而且還會產生更多的氨鹼度，使得出流水中的總鹼度會較進流水稍高。
三、揮發酸
揮發酸是厭氧消化反應過程中之中間代謝產物，由於酸形成菌的生長 速率較甲烷菌快，當甲烷菌無法迅速將揮發酸分解時，揮發酸將迅速累 積，使反應槽內的 pH 值下降，進而抑制甲烷形成菌的生長，影響甲烷形 成反應的順利進行；因此在二相式反應槽中，前段厭氧醱酵產氫反應雖需 抑制甲烷菌，以使產氫反應順利進行，但仍需保持一定的 pH 值以上（大 於 4.0），使產酸反應得以繼續進行。此時反應槽需加入碳酸鹽鹼劑
（NaHCO3）來維持 pH 值於 5.0~5.5 之間。而後段甲烷化反應槽亦需加入 碳酸鹽鹼劑（NaHCO3）來調整進流基質之 pH 值於 7.0～7.2 之間。
表 4-30 二相式連續流反應槽各試程之鹼度變化
前段試程有機負荷
（g-COD/L．day）
進流水鹼度
（mg/L）
出流水鹼度
（mg/L）
鹼度減少 量（mg/L）
後段試程有機負荷
（g-COD/L．day）
進流水鹼度
（mg/L）
出流水鹼度
（mg/L）
鹼度增加量
（mg/L）
1.25 1548 1787 239
1.66 1529 1726 197
20 629 582 47
2.50 1533 1686 153
1.25 1560 1808 248
1.66 1575 1779 204
30 640 575 65
2.50 1567 1742 175
1.25 1594 1822 228
1.66 1609 1795 186
40 656 556 100
2.50 1611 1781 170
表 4-31 所表示的即為二相式連續流反應槽中，進、出流水之揮發酸 監測值，在前段的水解、產酸階段，參照圖 4-13，揮發酸濃度會隨著有機 負荷增加（水力停留時間縮短），而有上升的趨勢，顯示在較大有機負荷 下，水解產酸菌所需的有機物供給充分，水解產酸量也都隨著增加，因此 旺盛的進行污泥裂解、產酸反應，因此在短水力停留時間下，有較高濃度 的揮發酸濃度累積。其中前段有機負荷 20 g-COD/L．day（水力停留時間 24hrs）之揮發酸增加量僅 37 mg/ L．day，當有機負荷增加至 40 g-COD/L．
day（水力停留時間 12hrs），其揮發酸增加量可達 144 mg/ L．day。
後段甲烷化反應槽中所進行的為甲烷菌利用有機酸類為基質，進行產能 反應，因此揮發酸量經生物轉化、吸收後濃度會略微降低，如圖 4-24 所示，
顯示出當後段有機負荷較小時（水力停留時間較長），反應槽中的 WAS 遭甲 烷產生菌等充分分解、利用，此時大量的揮發酸被甲烷菌所利用，因此殘存 的揮發酸量較低；而有機負荷大的反應槽試程，則由於有機物供給充分，WAS 經水解段所產出的揮發酸濃度較高，而甲烷菌利用速率不夠快，因此會有較 大的揮發酸度量累積於反應槽中。
以前段反應槽不同有機負荷，串聯後段甲烷化反應槽的試程試驗，都有 相似的結果，均隨著後段甲烷化反應槽水力停留時間增長後段反應槽進流水 揮發酸的減少量有隨著增多的趨勢。以前段反應槽有機負荷為 20 g-COD/L．
day（水力停留時間為 24hrs），串聯後段甲烷化反應槽有機負荷為 1.25 g-COD/L．day（水力停留時間為 16days）時有最大的揮發酸減少量，可達 430mg/l；其次為前段反應槽有機負荷為 40 g-COD/L．day（水力停留時間為 12hrs），串聯後段甲烷化反應槽有機負荷為 1.25 g-COD/L．day（水力停留 時間為 16days），揮發酸減少量達 397mg/L；因為此時有機負荷小，WAS 會 被微生物充分利用，因此在低有機負荷時，揮發酸不易被累積。當前段反應 槽有機負荷為 30 g-COD/L．day（水力停留時間為 16hrs），後段甲烷化反應 槽有機負荷為 2.5 g-COD/L．day（水力停留時間為 8days），其揮發酸減少 量僅為 240 mg/L，因為此時有機負荷大，可獲得充足的營養源，伴隨揮發
酸量的大量累積，因此總揮發酸總改變量並不大，由以上也更加確定甲烷化 反應會消耗揮發酸。
四、氨氮、有機氮及總凱氏氮
由表4-32中可發現，在二相式反應槽的前段水解產酸槽中，氨氮、有機氮變 化量量會隨著有機負荷而變化；前段反應槽氨氮濃度會隨著有機負荷增加而增 加，最高為前段反應槽有機負荷為40 g-COD/L．day（水力停留時間為12hrs）時 有最大增加量，約23 mg NH3-N/L，此時也減少50.0 mg Org-N/L；當前段反應槽 有機負荷為20 g-COD/L．day（水力停留時間為24hrs）時有最小增加量，約13 mg NH3-N/L，同時減少有機氮濃度29.0 mg Org -N/L，因此進出流水凱氏氮濃 度變化，會隨有機負荷的提高而增加。
二相式連續流反應槽，當前段有機負荷為40g-COD/L．day（水力停留時 間為12hrs），所串聯後段甲烷化反應槽有機負荷為2.5 g-COD/L．day（水力停 留時間為12days）有進出流水最大的氨氮濃度增加量，約增加78 mg NH3-N/L，
及最大有機氮濃度減少量，為211 mg Org-N/L；其次為當前段有機負荷為30 g-COD/L．day（水力停留時間為16hrs），所串聯後段甲烷化反應槽有機負荷為 2.5 g-COD/L．day（水力停留時間為12days），氨氮濃度約增加74 mg NH3-N/L，
此時約減少205 mg Org -N/L；氨氮、有機氮濃度變化量最低的試程出現在 當前段有機負荷為20 g-COD/L．day（水力停留時間為24hrs），所串聯後段甲 烷化反應槽有機負荷為1.25 g-COD/L．day（水力停留時間為16days），氨氮濃 度約增加30 mg NH3-N/L，此時約減少有機氮130 mg Org -N/L。
表 4-31 二相式連續流反應槽各試程之揮發酸濃度變化
前段試程有機負荷
（g-COD/L．day ）
進流水揮發
1.25 1439 1009 430
1.66 1453 1067 386
20 1381 1453 37
2.50 1385 1118 240
1.25 1488 1019 429
1.66 1451 1056 395
30 1404 1451 47
2.50 1480 1243 237
1.25 1510 1113 397
1.66 1402 1074 328
40 1365 1402 72
2.50 1452 1158 294
由表4-32～34可發現，當前段有機負荷為30 g-COD/L．day（水力停留 時間為16hrs），所串聯後段甲烷化反應槽，會有最大的氨氮濃度增加量，
有機氮濃度減少量，其變化量會隨著有機負荷的增大而增加；其次為當前 段有機負荷為40 g-COD/L．day（水力停留時間為12hrs）時，所串聯後段 甲烷化反應槽之試程結果；氨氮濃度增加量與有機氮濃度減少量最低的試 程出現於前段有機負荷為20 g-COD/L．day（水力停留時間為24hrs），所 串聯後段甲烷化反應槽之試程。
原因是當進流基質中的有機氮被反應槽中的微生物所利用，部分經代 謝後以氨氮的型態存在，隨著出流水排出，部分被利用的有機氮則是用於 反應槽生物污泥的增殖，部分滯留在反應槽中，部分則成為VSS 隨著出流 水流出；因此出流水之氨氮濃度會增加、而有機氮濃度會減少。
表 4-32 二相式反應槽之氨氮濃度變化